Файл: Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 0
Я. Л. Серебряный
ЭЛЕКТРОПЛАВКА МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ
Издание второе, переработанное и дополненное
т Л ? «
КОНТРО. iD H i
Э К З Е М П ^ .- И і
Москва «Металлургия» 1974
УДК 669.243.23.046.5 : 621.365.2 (075)
УДК 669.243.23.046.5 : 621.365.2 (075) |
|
Электроплавка - медно-никелевых руд и |
концентратов. 2-е изд. |
С е р е б р я н ы й Я- Л. М., «Металлургия», |
1974, 248 с. |
Рассмотрена электроплавка медно-никелевых руд и концентратов: способы подготовки сырья к плавке, теория электроплавки, характе ристика продуктов плавки, конструкция электропечей и электрообору дования; подробно освещены процессы электроплавкн, ее технико экономические показатели, организация производства и техника без опасности. Указаны пути совершенствования электроплавки. Кратко изложены теория и практика смежного с рудной электроплавкой про цесса обеднительной электроплавки конвертерных шлаков.
Предназначена для мастеров и квалифицированных рабочих-элек- трометаллургов медно-никелевых заводов. Может быть полезна сту дентам техникумов и вузов цветной металлургии. Ил. 100. Табл. 34. Список-лит.: 19 назв.
< ГОС. ПУБЛИЧНА?!
!НАУ
!БИ
(6) Издательство «Металлургия», 1974.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие |
............................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Глава I. Общие сведения |
о |
никелевых рудах, |
никеле |
и |
технологии |
7 |
|||||
|
его получения .............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 1. Краткие исторические сведения о никеле |
и |
развитии его |
7 |
||||||||
§ 2. |
производства ................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свойства никеля и его применение.......................................... |
|
|
|
|
|
9 |
|||||
§ 3. |
Никелевые руды |
|
......................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
§ 4. |
Общая схема переработки сульфидных медно-никелевых руд и |
15 |
|||||||||
|
концентратов ................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава II. Подготовка руд к плавке .......................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|||
§ 5. |
Понятие об обогащении .....................................................р у д |
|
|
|
|
|
20 |
||||
§ 6. |
Сушка руды и концентратов ................................................. |
|
|
|
|
|
|
24 |
|||
§ 7. |
Окускование флотоконцентрата . . . . . .ирудной мелочи |
|
|
26 |
|||||||
§ 8. |
Обжиг сульфидных концентратов . . . .впечах кипящего слоя |
40 |
|||||||||
§ 9. |
Шихтовка ................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41 |
Глава III. Краткие теоретические сведения о рудной электроплавке . . . |
44 |
||||||||||
Глава IV. Продукты электроплавки |
медно-никелевых |
руд |
и |
концен |
59 |
||||||
|
тратов ............................................... |
.......................................... |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
§ 10. |
Штейн ................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
59 |
§ 11. |
Ш л а к ............................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
61 |
§ 12. |
Газы ...................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
69 |
§ 13. |
П ы л ь ..................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
Глава V. Электропечи для |
плавки |
медно-никелевых |
руд |
и |
концен |
71 |
|||||
|
тратов ............................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 14. |
Характеристикаруднотермических ....................электропечей |
электро |
71 |
||||||||
§ 15. |
Конструктивные |
элементы |
руднотермических |
75 |
|||||||
§ 16. |
печей . . . ................................................................................. |
||||||||||
Самоспекающиеся .................................................электроды |
|
|
|
|
|
90 |
|||||
Глава' VI. Электрооборудование печей для плавки медно-никелевых руд |
103 |
||||||||||
|
и концентратов |
. |
.................................................................. |
||||||||
§ 17. |
Электрическая схема ......................................питания п е ч и |
|
|
|
|
|
103 |
||||
§ 18. |
Печные трансформаторы ......................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
104 |
||
§ 19. |
Короткая с е т ь |
............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
111 |
§ 20. |
Коммутационная ап .................................................п ар ату р а |
|
|
|
|
|
116 |
||||
§ 21. |
Защитная и сигнальная .................................. |
аппаратура |
|
|
|
|
|
118 |
|||
§ 22. |
Контрольно-измерительные ..................................приборы |
|
|
|
|
|
120 |
||||
§ 23. |
Автоматическое управление ..............................электродами |
|
|
|
|
121 |
|||||
Глава VII. Практика электроплавки |
медно-никелевых |
руд |
и |
концен |
122 |
||||||
|
тратов ............................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 24. Электрический |
режим .......................................работы печи |
|
|
|
|
|
122 |
||||
§ 25. |
Глубина ванны |
шлака .........................................и штейна |
|
|
|
г |
|
130 |
|||
§ 26. |
Загрузка твердой . . . ...............шихты в электропечь |
|
|
|
135 |
||||||
§ 27. Заливка в руднотермическую печь жидкого конвертерного |
145 |
||||||||||
§ 28. |
шлака ............................................................. |
продуктов |
плавки |
. , .............................. |
|||||||
Выпуск из печи |
147 |
||||||||||
§ 29. |
Эксплуатация электродов ..................................................... |
|
|
|
|
|
|
162 |
|||
§30. |
Пути снижения потерь металлов с отвальными шлаками . . . |
171 |
Р |
3 |
§ 31. |
Пуск в эксплуатацию новой электропечи.............................. |
180 |
|||||
§ 32. |
Ремонт электропечи . . |
|
|
|
183 |
||
§ 33. |
Технический контроль электроплавки .................................. |
|
194 |
||||
§ 34. |
Тепловой баланс электроплавки |
.......................................... |
|
196 |
|||
Глава VIII. Технико-экономические |
показатели |
электроплавки медно |
198 |
||||
|
никелевых руд и концентратов .............................................. |
|
|
||||
§ 35. |
Производительность электропечей......................................... |
|
|
199 |
|||
§ 36. |
Удельный |
расход электроэнергии......................................... |
|
|
200 |
||
§ 37. |
Извлечение металлов |
в штейн . ...................... |
|
|
202 |
||
§ 38. |
Расход вспомогательных материалов .................................. |
|
205 |
||||
§ 39. |
Использование'мощности |
печи ............................................. |
|
|
206 |
||
§ 40. Себестоимость медно-никелевого штейна при электроплавке |
206 |
||||||
|
руд и концентратов |
....................... |
|
|
|
||
Глава IX. Организация производства, труда и заработной платы наэлек- |
210 |
||||||
|
тропечном |
переделе . . .............................................................. |
|||||
§ 41. Структура управления плавильным ........................... |
цехом |
210 |
|||||
§ 42. |
Организация труда |
.................................................................. |
|
|
|
212 |
|
§ 43. |
Организация заработной п л а т ы .......................................... ... |
|
|
216 |
|||
Глава X. Техника безопасности |
при |
электроплавке |
медно-никелевых |
218 |
|||
|
руд и концентратов...................................................................... |
|
|
|
|
||
Глава XI. Пути совершенствования |
электроплавки |
медно-никелевых |
224 |
||||
|
руд и концентратов...................................................................... |
|
|
|
|
||
§ 44. Совершенствование процесса подготовки ...................шихты |
224 |
||||||
§.45. Комплексная механизация и автоматизация электропечи . . |
225 |
||||||
§ 46. Повышение мощности электропечей....................................... |
|
229 |
|||||
Глава XII. Обеднительная плавка жидких конвертерных шлаков в элек |
230 |
||||||
|
тропечах ......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
§ 47. Основы теории обеднительной плавки жидких конвертерных |
230 |
||||||
|
шлаков в электропечах |
плавки................................................... |
жидких конвертерных |
||||
§ 48. Практика |
обеднительной |
233 |
|||||
|
шлаков в электропечах.............................................................. |
|
|
|
|||
Глава XIII. Огнеупорные материалы |
................... |
|
|
245 |
|||
§ 49. Основные свойства огнеупорныхматериалов.......................... |
245 |
||||||
§ 50. Огнеупоры, применяемые вметаллургии .....................никеля |
246 |
||||||
Список литературы .................................................................. |
|
|
|
|
|
248 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электроплавка — один из важнейших технологических процес сов в металлургии черных и цветных металлов. В черной металлур гии электроплавка применяется в основном для производства каче ственных сталей и ферросплавов, в цветной — для производства сплавов и рафинирования металлов, для переработки рудного сырья и шлаков в металлургии никеля, меди, свинца, цинка, олова.
Значительное распространение электроплавка получила в отече ственной никелевой промышленности. Общая мощность рудных электропечей превышает несколько сот тысяч киловольт-ампер. В Со ветском Союзе более 70% получаемого никеля выплавляют из суль фидных медно-никелевых руд, основным методом переработки ко торых служит электроплавка.
Широкое применение электроплавки для переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов можно объяснить следующим:
1.В районах Крайнего Севера, где расположены месторождения медно-никелевых руд, имеются огромные ресурсы для производства электроэнергии и отсутствуют запасы коксующихся углей, необхо димых для шахтной плавки. Поэтому электроплавка обходится дешевле, чем плавка на привозном топливе.
2.Медно-никелевые руды и концентраты тугоплавки, поэтому их эффективнее всего плавить на штейн в электропечах.
3.Электроплавка обеспечивает более высокое извлечение ме таллов, чем шахтная и отражательная плавки, за счет снижения потерь с отвальными шлаками и с пылью.
4.Электроплавка — технологически совершенный процесс, поз воляющий механизировать и автоматизировать все рабочие опера ции обслуживания электропечи. t
Несмотря на широкое применение электроплавки, практика переработки сульфидного медно-никелевого сырья в электропечах, была недостаточно освещена в литературе. В связи с этим в 1965 г. издательство «Металлургия» выпустило книгу автора «Электро плавка медно-никелевых руд и концентратов», в которой был освещен передовой опыт рудной электроплавки на отечественных медно-никелевых заводах.
Со времени первого издания данной книги прошло 9 лет. За этот период теория и практика электроплавки медно-никелевых руд получила дальнейшее развитие. На заводах и в научно-исследо вательских и проектных институтах проведены исследования по оптимизации параметров электроплавки и углублению ее комплекс ной теории, разработаны проекты более совершенных печей.
Заметно вырос технический уровень электроплавки: улучшилась подготовка сырья к плавке, введены в эксплуатацию новые электро-
5
печи мощностью до 50 МВт, механизированы и автоматизированы отдельные технологические операции, внедрено водяное охлаждение стен с помощью закладных медных кессонов и охлаждение подины воздухом через встроенные каналы, освоена плавка на повышенном напряжении; из шихты электроплавки выведена большая часть жидких конвертерных шлаков. В результате внедрения этих меро приятий улучшились технико-экономические показатели электро плавки, в частности снизились потери металлов с отвальными шла ками.
В данном переработанном издании отражено современное состоя ние теории рудной электроплавки и практики на отечественных медно-никелевых заводах с учетом технических достижений послед них лет (к сожалению, автор не располагает аналогичными данными по канадскому заводу «Томпсон»).
Кроме того, в книгу введена новая глава: «Обеднительная электроплавка конвертерных шлаков», которая знакомит читателя с технологией смежного процесса, влияющего на показатели рудной электроплавки.
При пересчете единиц измерений, использованных в данной книге, в единицы СИ следует пользоваться переводными коэффициентами:
1 |
килограмм-сила (кгс) = |
9,80665 Н (ньютон); |
1 ккал = 4,1868 Дж; |
||
1 |
кВт-ч = 3,6 -ІО6 Дж; |
1 |
мм вод. |
ст. = 9,80665 Н/м2; 1 эрг = |
|
= |
10" 7 Дж; 1 дин/см = |
0,1 |
Н/м2; 1 |
П = 0,1 |
Н-с/м2. |
Автор надеется, что данная книга поможет рабочим и мастерам медно-никелевых заводов получить необходимые знания по передо вой технологии электроплавки и грамотно эксплуатировать электро печи.
Автор выражает признательность рецензенту книги докт. техн. наук проф. А. Л. Цейдлеру, а также Я. X. Осипову, М. Д. Суда реву, Ю. С. Киселеву и другим коллегам по работе за оказанную помощь при подготовке рукописи к изданию.
/
6
Г л а в а /
О Б Щ И Е С В Е Д Е Н И Я О Н И К Е Л Е В Ы Х Р У Д А Х , Н И К Е Л Е
ИТ Е Х Н О Л О Г И И ЕГО П О Л У Ч Е Н И Я
§1. Краткие исторические сведения о никеле
иразвитии его производства
Сплавы никеля с железом и медью 'были известны в Китае еще задолго до нашей эры. Однако как элемент никель был открыт только в 1751 г. шведским химиком-металлургом Крондштедтом. Долгое время никель использовали лишь для нужд ювелирной про мышленности. Производство никеля носило кустарный характер, поэтому получаемый металл был очень дорог. В 1841— 1945 гг. добывалось всего 100 т никеля в год.
В 50—90 годах прошлого столетия была открыта способность никеля улучшать свойства чугунов и сталей. В связи с этим интерес к производству никеля резко возрос. В тот же период были открыты богатые месторождения никеля в Новой Каледонии и Канаде, бла годаря которым мировое производство никеля в конце XIX в. до стигло 6400 т в год. Дальнейшая динамика мирового производства никеля сложилась следующим образом (табл. 1).
Таблица 1
Мировое производство никеля (без социалистических стран, включая Кубу),
тыс. т
Год |
Выпуск |
Год |
Выпуск |
Год |
Выпуск |
Год |
Выпуск |
|
никеля |
никеля |
никеля |
никеля |
|
||||
1900 |
13,9 |
1929 |
66,5 |
1946 |
87,1 |
1963 |
254,0 |
|
1912 |
26,0 |
1932 |
25,2 |
1953 |
154,0 |
1967 |
374,1 |
|
1917 |
46,0 |
1939 |
120,0 |
1957 |
221,4 |
1970 |
389,6 |
j |
1921 |
12,0 |
1942 |
140,0 |
1960 |
245,0 |
1971 |
374,0 |
Поскольку основная масса никеля расходуется на получение легированных сталей, используемых для нужд военной промышлен ности, то увеличение выпуска никеля совпадает с периодом под готовки к войне или с войнами, спад— с годами кризиса. Так, в 1965—1970 гг. никель за рубежом был остродефицитным металлом, так как потребление никеля (в основном на военные нужды) опере жало его производство. В связи с этим выпуск никеля в 1970 г. достиг
7
максимального уровня. В 1971 г. вследствие экономического кризиса производство никеля сократилось до 374 тыс. т.
В капиталистическом мире производство никеля сосредоточено в основном в руках нескольких монополий. Крупнейшая из них — Интернациональная никелевая компания (ИНКО) производит более 55% всего выплавляемого никеля. Основные предприятия этой ком пании расположены в Канаде, в провинции Онтарио. В настоящее время, помимо Канады, никель производится на Кубе, в Японии, Новой Каледонии, США, Южно-Африканской Республике и т. д. Производство никеля в этих странах за 1971 г. иллюстрируется следующими цифрами:
Канада |
|
-. |
Тыс. т |
% |
|
217,0 |
55,8 |
||
С Ш А ....................... |
. . . . |
|
13,0 |
3,3 |
Австралия |
|
21,6 |
5,5 |
|
Новая Каледония . |
. |
40,0 |
10,3 |
|
Япония ................... |
|
63,0 |
16,2 |
Ю А Р |
. . |
Тыс. т |
% |
9,0 |
2,3 |
||
Финляндия . . |
. . . |
3,5 |
0,9 |
Гр е ц и я ................ |
. . |
8,0 |
2,1 |
Прочие страны . |
. . . |
14,5 |
3,6 |
В с е г о . |
. . . |
389,6 |
100 |
Потребление никеля |
по странам за 1970 |
г. (цифры в скобках) |
||
и за 1971 г. характеризуется следующими цифрами, тыс. т: |
||||
Европейские страны |
148(171) |
Австралия |
.................. 4 ( 4 ) |
|
С Ш А ............................... |
124 (150) |
Прочие |
капиталистиче- |
|
Я п о н и я ........................... |
78 (92) |
ские и |
развивающиеся |
|
К а н а д а ........................... |
11 (15) |
страны |
....................... 9(10) |
Рост потребления никеля и увеличение цен на него стимулируют крупные вложения средств в никелевую промышленность. К 1975 г. за рубежом' намечается построить около 23 новых заводов и увели чить производство никеля в два раза. По прогнозу компании «ИНКО», в 1975 г. производство никеля в капиталистических и развивающихся странах достигнет 725—770 тыс. т, мощность заво дов 816—860 тыс. т, а потребление 680—725 тыс. т при росте про изводства 7—8% в год.
Дореволюционная Россия не имела собственного производства никеля, поэтому его ввозили из-за границы. Лишь при Советской власти в нашей стране была создана мощная никелевая промышлен ность, удовлетворяющая потребность народного хозяйства в этом важном металле. Уже в первые годы Советской власти были выде лены значительные средства для проведения геологоразведочных работ и разработки технологии производства никеля. В различных районах страны геологи нашли значительные запасы никелевых руд. На Среднем и Южном Урале были открыты промышленные месторождения окисленных руд, в Норильском районе-(полуостров Таймыр) и на Кольском полуострове — месторождения сульфидных медно-никелевых руд. Применительно к разведанным месторожде ниям были разработаны технологические схемы извлечения никеля, запроектированы и построены никелевые заводы.
В 1933 г. был пущен первенец отечественной никелевой промыш ленности— Уфалейский никелевый завод. В 1938 г. вступил в строй Южно-Уральский никелевый завод в г. Орске. В том же году на
8